Genetyka tolerancji ciepła u bydła mlecznego

Poprawa umiejętności radzenia sobie z niekorzystnymi warunkami środowiskowymi u bydła mlecznego jest dużym wyzwaniem w hodowli selekcyjnej. Wśród cech przyczyniających się do przystosowania bydła mlecznego do zmienności środowiska, tolerancja na ciepło odgrywa istotną rolę.

Tekst: Mateusz Uciński na podstawie Dairy Global

Stres cieplny u bydła mlecznego powoduje straty ekonomiczne z powodu zmniejszonego spożycia paszy, produkcji mleka i wydajności reprodukcji oraz zwiększonej kulawizny, a także zachorowalności na choroby i śmiertelności. Ponadto narastają coraz większe obawy stresem cieplnym u bydła mlecznego, szczególnie na obszarach o klimacie umiarkowanym, ze względu na zmianę klimatu, wyższą metaboliczną produkcję ciepła i zwiększoną podatność na ciepło u wysokowydajnego bydła mlecznego. Badania wykazały znaczną zmienność genetyczną w reakcji bydła mlecznego na stres cieplny; dlatego możliwa jest selekcja genetyczna w celu poprawy tolerancji na ciepło.

Bydło mleczne wytwarza ciepło poprzez trawienie paszy i produkcję mleka oraz absorbuje ciepło słoneczne, gdy przebywa na słońcu. Stres cieplny definiowany jest jako stan, w którym zwierzę nie jest w stanie odpowiednio rozproszyć nadmiaru wytworzonego i pochłoniętego ciepła, aby utrzymać równowagę cieplną organizmu. Stres cieplny prowadzi do zwiększonego tempa oddychania, temperatury ciała i pocenia się. Krowy mleczne zaczynają odczuwać łagodny stres cieplny w temperaturze około 22,2 ° C przy 50% wilgotności. Wysokowydajne krowy więcej jedzą i wytwarzają więcej ciepła; dlatego zaczynają odczuwać stres cieplny w dobrze wentylowanych oborach przy temperaturach powietrza tak niskich jak 18,3 ° C.

Stres cieplny prowadzi do zmniejszenia spożycia suchej masy, produkcji mleka i wskaźnika ciąż u bydła mlecznego. Krowy w późnej ciąży zestresowane ciepłem mają krótsze okresy ciąży, cielęta z niższą masą urodzeniową, zmniejszoną produkcję mleka i upośledzoną funkcję odpornościową. Ponadto cielęta i jałówki pochodzące od krów zestresowanych ciepłem produkują mniej mleka przez pierwsze 30 tygodni laktacji po wycieleniu. Łącznie te wyniki zwiększają koszty zarządzania i powodują utratę dochodów. Straty gospodarcze spowodowane stresem cieplnym szacuje się na 897 mln USD do 1500 mln USD rocznie dla amerykańskiego przemysłu mleczarskiego.

Jedną z uzupełniających strategii zmniejszania wpływu stresu cieplnego na wydajność bydła mlecznego jest identyfikacja i późniejsza selekcja zwierząt genetycznie bardziej tolerancyjnych na ciepło. Selektywna hodowla bydła mlecznego pod kątem tolerancji na ciepło jest trwała i kumulatywna; dlatego stanowi najbardziej opłacalne podejście do łagodzenia skutków stresu cieplnego. Niektóre cechy fizjologiczne są związane ze zdolnością bydła mlecznego do radzenia sobie ze stresem cieplnym.

Na przykład temperatura w odbycie wzrasta, gdy krowy są wystawione na ciepłe środowisko – cecha ta wykazuje znaczny składnik genetyczny, umiarkowaną dziedziczność (0,13 i 0,17) oraz związek z genami kandydującymi. Skala oceny odziedziczalności sugeruje, że możliwa jest selekcja genetyczna w odpowiedzi na stres cieplny. Jednak włączenie tej cechy wskaźnikowej do wielkoskalowych systemów rejestracji fenotypów w celu selekcji zwierząt tolerujących ciepło wydaje się raczej problematyczne pod względem logistycznym i kosztowym. Dlatego alternatywną metodą jest ocena tolerancji na ciepło poprzez pomiar zmian cech produkcji mleka w ciepłych warunkach środowiskowych. Zakres spadku produkcji mleka wraz ze wzrostem stresu cieplnego jest różny w zależności od bydła mlecznego i jest cechą dziedziczną od niskiego do umiarkowanego. W tym podejściu

Tolerancja na ciepło wydaje się być cechą ilościową, na którą wpływa wiele regionów genomu, a badania genomiczne zidentyfikowały regiony genomu, które wydają się być ważne dla regulacji temperatury ciała u bydła mlecznego. W 2003 r. Olson i współpracownicy donieśli, że gen Slick jest głównym kandydującym genem wpływającym na długość włosów i regulującym tolerancję cieplną u bydła Bos taurus, które jest zmapowane na chromosomie 20. W 2013 r. Dikmen i współpracownicy zasugerowali, że istnieją powiązania między regionem genomowym na BTA24 a temperatura w odbycie u bydła mlecznego. W 2017 r. Macciotta i współpracownicy wykryli region genomowy na BTA26 związany z wydajnością mleka w warunkach stresu cieplnego.

Celem każdego programu selekcji pod kątem tolerancji na ciepło musi być opracowanie bydła mlecznego, które będzie w stanie radzić sobie w trudnych warunkach przy jednoczesnym utrzymaniu wysokiego poziomu produktywności i wydajności. Selekcja pod kątem tolerancji na ciepło może zminimalizować zmniejszenie wydajności mleka i współczynnika cielności w okresie letnim. Jednak selekcja może wytworzyć krowy mniej odporne na stres z zimna. Zatem negatywne zależności między tolerancją na ciepło a innymi ekonomicznie ważnymi cechami muszą być zbadane przed włączeniem tolerancji na ciepło do kryteriów selekcji bydła mlecznego.

Stres cieplny to wieloaspektowe wyzwanie powodujące straty ekonomiczne, a także ważna kwestia dotycząca zdrowia i dobrostanu zwierząt, która zasługuje na uwzględnienie w programach zarządzania i hodowli. Indywidualna nieodłączna zmienność między bydłem mlecznym w ich reakcji na stres cieplny otwiera okno na selekcję zwierząt tolerujących ciepło. Dlatego identyfikacja określonych genów lub markerów genowych związanych z tolerancją na ciepło może być kluczem do przezwyciężenia rzeczywistych strat ekonomicznych związanych ze stresem cieplnym.

Dane dotyczące produkcji mlecznej sugerują, że selekcja ze względu na tolerancję na ciepło w rasie o wysokiej produkcji mleka jest bardziej skuteczna niż selekcja ze względu na cechy wysokiej produkcji mleka w rasie, która jest wysoce przystosowana do gorących klimatów. Powodem jest to, że rasa przystosowana do gorącego klimatu wymaga większej liczby pokoleń, aby osiągnąć porównywalny poziom produkcji mleka.

Biorąc pod uwagę wszystkie zalety i wady selekcji genetycznej pod kątem tolerancji na ciepło, przemysł mleczarski wciąż musi pokonać pewne wyzwania, aby opracować genomową szacunkową wartość hodowlaną tolerancji na ciepło. Wyzwania obejmują między innymi zdefiniowanie fenotypów tolerancji na ciepło, które można regularnie i łatwo gromadzić w branży, zgromadzenie referencyjnej populacji genotypowanych zwierząt oraz model wykorzystany do włączenia informacji genomowych.